JP2017134912A - Ceramic heater - Google Patents
Ceramic heater Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017134912A JP2017134912A JP2016011598A JP2016011598A JP2017134912A JP 2017134912 A JP2017134912 A JP 2017134912A JP 2016011598 A JP2016011598 A JP 2016011598A JP 2016011598 A JP2016011598 A JP 2016011598A JP 2017134912 A JP2017134912 A JP 2017134912A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- brazing material
- ceramic body
- coil portion
- ceramic
- electrode layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、例えば燃焼式車載暖房装置における点火用若しくは炎検知用のヒータ、石油ファンヒータ等の各種燃焼機器の点火用のヒータ、自動車エンジンのグロープラグ用のヒータ、酸素センサ等の各種センサ用のヒータ、測定機器の加熱用のヒータ等に利用されるヒータに関するものである。 The present invention is, for example, for a heater for ignition or flame detection in a combustion-type in-vehicle heating device, a heater for ignition of various combustion devices such as an oil fan heater, a heater for a glow plug of an automobile engine, and various sensors such as an oxygen sensor. The present invention relates to a heater used as a heater for heating a measuring instrument and a heater for measuring equipment.
セラミックヒータとして、棒状のセラミック体と、該セラミック体の内部に埋設された抵抗体と、セラミック体の表面に設けられて抵抗体と電気的に接続された電極層と、セラミック体の周囲に電極層を覆うように金属線が複数回巻かれてなるコイル部を有するリード端子と、電極層とリード端子のコイル部とを接合するろう材とを備えたものが知られている(例えば、特許文献1、2を参照)。 As a ceramic heater, a rod-shaped ceramic body, a resistor embedded in the ceramic body, an electrode layer provided on the surface of the ceramic body and electrically connected to the resistor, and an electrode around the ceramic body A device including a lead terminal having a coil portion in which a metal wire is wound a plurality of times so as to cover a layer and a brazing material that joins the electrode layer and the coil portion of the lead terminal is known (for example, a patent) References 1 and 2).
例えば、ディーゼルエンジン向けセラミックヒータ及びグロープラグにおいて、高温と低温とが繰り返されるような状態で使用すると、リード端子のコイル部とセラミック体との熱膨張差により、コイル部とろう材との間にセラミック体の長手方向に沿って熱応力が加わってクラックが生じ、このクラックが進展して抵抗値が上昇するおそれがあった。 For example, in ceramic heaters and glow plugs for diesel engines, when used in a state where high and low temperatures are repeated, the difference in thermal expansion between the coil portion of the lead terminal and the ceramic body causes a gap between the coil portion and the brazing material. A thermal stress is applied along the longitudinal direction of the ceramic body to cause a crack, which may develop and increase the resistance value.
本発明の目的は、リード端子のコイル部とろう材との間にクラックが進展するのを抑制したセラミックヒータを提供するものである。 An object of the present invention is to provide a ceramic heater in which cracks are prevented from progressing between a coil portion of a lead terminal and a brazing material.
本発明は、棒状のセラミック体と、該セラミック体の内部に埋設された抵抗体と、前記セラミック体の表面に設けられて前記抵抗体と電気的に接続された電極層と、前記セラミック体の周囲に前記電極層を覆うように金属線が複数回巻かれてなるコイル部を有するリード端子と、前記電極層と前記リード端子の前記コイル部とを接合するろう材とを備えており、前記セラミック体の長手方向に沿った断面で前記コイル部を見たとき、前記ろう材が前記電極層から前記コイル部を構成する金属線の中心よりも外側の面まで設けられていることを特徴とするセラミックヒータである。 The present invention provides a rod-shaped ceramic body, a resistor embedded in the ceramic body, an electrode layer provided on the surface of the ceramic body and electrically connected to the resistor, and the ceramic body. A lead terminal having a coil portion in which a metal wire is wound a plurality of times so as to cover the electrode layer, and a brazing material for joining the electrode layer and the coil portion of the lead terminal; When the coil portion is viewed in a cross section along the longitudinal direction of the ceramic body, the brazing material is provided from the electrode layer to a surface outside the center of the metal wire constituting the coil portion. This is a ceramic heater.
本発明のセラミックヒータによれば、コイル部とろう材との間にクラックが生じて進展しようとしたときに、その進展を抑制することができる。 According to the ceramic heater of the present invention, when a crack is generated between the coil portion and the brazing material and is about to progress, the progress can be suppressed.
以下、本実施形態のセラミックヒータの一例について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an example of the ceramic heater of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
図1(a)は本実施形態のセラミックヒータの一例を示す縦断面図であり、図1(b)は図1(a)に示す領域A(要部)の拡大図である。 Fig.1 (a) is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the ceramic heater of this embodiment, FIG.1 (b) is an enlarged view of the area | region A (principal part) shown to Fig.1 (a).
図1に示すセラミックヒータは、棒状のセラミック体1と、セラミック体1の内部に埋設された抵抗体2と、セラミック体1の表面に設けられて抵抗体2と電気的に接続された電極層3と、セラミック体1の周囲に電極層3を覆うように金属線が複数回巻かれてなるコイル部41を有するリード端子4と、電極層3とリード端子4のコイル部41とを接合するろう材5とを備えており、セラミック体1の長手方向に沿った断面でコイル部41を見たとき、ろう材5が電極層3からコイル部41を構成する金属線の中心よりも外側の面まで設けられている。
The ceramic heater shown in FIG. 1 includes a rod-shaped ceramic body 1, a resistor 2 embedded in the ceramic body 1, and an electrode layer provided on the surface of the ceramic body 1 and electrically connected to the resistor 2. 3, a
セラミック体1は、棒状に形成されたものである。セラミック体1の長さは、例えば20〜60mmに形成され、セラミック体1が断面円形の場合の直径は例えば2.5〜5.5mmに形成される。 The ceramic body 1 is formed in a rod shape. The length of the ceramic body 1 is, for example, 20 to 60 mm, and the diameter when the ceramic body 1 is circular in cross section is, for example, 2.5 to 5.5 mm.
セラミック体1の形成材料としては、例えば、酸化物セラミックス,窒化物セラミックス,炭化物セラミックス等の電気的な絶縁性を有するセラミックスが挙げられる。具体的には、アルミナ質セラミックス,窒化珪素質セラミックス,窒化アルミニウム質セラミックス,炭化珪素質セラミックス等を用いることができる。特に、窒化珪素質セラミックスは、主成分である窒化珪素が高強度、高靱性、高絶縁性および耐熱性の観点で優れている点で好適である。 Examples of the material for forming the ceramic body 1 include ceramics having electrical insulation properties such as oxide ceramics, nitride ceramics, and carbide ceramics. Specifically, alumina ceramics, silicon nitride ceramics, aluminum nitride ceramics, silicon carbide ceramics, or the like can be used. In particular, silicon nitride ceramics are preferable in that silicon nitride, which is a main component, is excellent in terms of high strength, high toughness, high insulation, and heat resistance.
なお、セラミック体1には抵抗体2に含まれる金属元素の化合物が含まれていてもよく、例えば抵抗体2にタングステンまたはモリブデンが含まれている場合は、セラミック体1にWSi2またはMoSi2が含まれていてもよい。このようにすることで、母材である窒化珪素質セラミックスの熱膨張率を抵抗体2の熱膨張率に近づけることができ、セラミックヒータの耐久性を向上させることができる。 The ceramic body 1 may contain a compound of a metal element contained in the resistor 2. For example, when the resistor 2 contains tungsten or molybdenum, the ceramic body 1 has WSi 2 or MoSi 2. May be included. By doing in this way, the thermal expansion coefficient of the silicon nitride ceramic which is a base material can be brought close to the thermal expansion coefficient of the resistor 2, and the durability of the ceramic heater can be improved.
セラミック体1の内部に埋設された抵抗体2は、図1に示す例では、先端側に縦断面の形状が折返し形状をなす折返し部を有していて、折返し部の中央付近(折返しの中間点付近)が最も発熱する発熱部となっている。また、抵抗体2は、折返し部から後端側においては一対の直線状部となっていて、それぞれの直線状部の後端付近においてセラミック体1の表面に引き出されている。抵抗体2の横断面の形状は、円、楕円、矩形などいずれの形状でもよい。 In the example shown in FIG. 1, the resistor 2 embedded in the ceramic body 1 has a folded portion having a folded shape in the longitudinal section on the tip side, and is near the center of the folded portion (the middle of the folded portion). The vicinity of the point) is the heat generating part that generates the most heat. The resistor 2 is a pair of linear portions on the rear end side from the folded portion, and is drawn out to the surface of the ceramic body 1 in the vicinity of the rear end of each linear portion. The shape of the cross section of the resistor 2 may be any shape such as a circle, an ellipse, or a rectangle.
抵抗体2の形成材料としては、タングステン,モリブデン,チタンなどの炭化物、窒化物、珪化物などを主成分とするものを使用することができる。セラミック体1が窒化珪素質セラミックスからなる場合、セラミック体1との熱膨張率の差が小さい点、高い耐熱性を有する点および比抵抗が小さい点で、上記材料のなかでも炭化タングステン(WC)が抵抗体2の材料として優れている。さらに、セラミック体1が窒化珪素質セラミックスからなる場合、抵抗体2はWCを主成分とし、これに添加される窒化珪素の含有率が20質量%以上であるものが好ましい。例えば、窒化珪素質セラミックスからなるセラミック体1中において、抵抗体2となる導体成分は窒化珪素と比較して熱膨張率が大きいため、通常は引張応力がかかった状態にある。これに対して、抵抗体2中に窒化珪素が含まれることにより、抵抗体2の熱膨張率をセラミック体1の熱膨張率に近づけて、ヒータの昇温時
および降温時の熱膨張率の差による応力を緩和することができる。また、抵抗体2に含まれる窒化珪素の含有量が40質量%以下であるときには、抵抗体2の抵抗値を比較的小さくして安定させることができる。従って、抵抗体2に含まれる窒化珪素の含有量は20質量%〜40質量%であることが好ましい。
As a material for forming the resistor 2, a material mainly composed of carbide, nitride, silicide or the like such as tungsten, molybdenum, or titanium can be used. When the ceramic body 1 is made of silicon nitride ceramics, tungsten carbide (WC) is one of the above materials in that it has a small difference in thermal expansion coefficient from the ceramic body 1, high heat resistance, and low specific resistance. Is excellent as a material of the resistor 2. Furthermore, when the ceramic body 1 is made of silicon nitride ceramics, the resistor 2 is preferably composed mainly of WC and the content of silicon nitride added thereto is 20% by mass or more. For example, in the ceramic body 1 made of silicon nitride ceramics, the conductor component that becomes the resistor 2 has a higher coefficient of thermal expansion than silicon nitride, and therefore is usually in a state where tensile stress is applied. On the other hand, since the resistor 2 contains silicon nitride, the coefficient of thermal expansion of the resistor 2 is brought close to the coefficient of thermal expansion of the ceramic body 1, and the coefficient of thermal expansion when the heater is raised and lowered is reduced. The stress due to the difference can be relaxed. Further, when the content of silicon nitride contained in the resistor 2 is 40% by mass or less, the resistance value of the resistor 2 can be made relatively small and stabilized. Therefore, the content of silicon nitride contained in the resistor 2 is preferably 20% by mass to 40% by mass.
また、抵抗体2は、先端側の折返し部と後端側の一対の直線状部とが同様の材料を用いて形成されるが、不要な発熱を抑えるために、例えば、直線状部の断面積を折返し部の断面積よりも大きくしたり、直線状部に含まれるセラミック体1の形成材料の含有量を少なくしたりすることによって、折返し部よりも直線状部の単位長さ当たりの抵抗値を小さくしてもよい。さらに、抵抗体2は、図1に示す形状の折返し部と後端側の一対の直線状部とからなる構成に限られず、例えば折返し部が複数回繰り返して折り返すパターンであってもよく、また図1に示す形状のパターンが2層積層されてもよい。 In addition, the resistor 2 is formed by using the same material for the folded portion on the front end side and the pair of linear portions on the rear end side. The resistance per unit length of the linear portion is larger than the folded portion by increasing the area larger than the cross-sectional area of the folded portion or reducing the content of the forming material of the ceramic body 1 contained in the linear portion. The value may be reduced. Furthermore, the resistor 2 is not limited to the configuration including the folded portion having the shape shown in FIG. 1 and a pair of linear portions on the rear end side, and may be a pattern in which the folded portion is folded repeatedly a plurality of times. Two patterns of the shape shown in FIG. 1 may be laminated.
セラミック体1の表面には、セラミック体1の内部に埋設された抵抗体2と電気的に接続された電極層3が設けられている。この電極層3は、例えばモリブデン(Mo)またはタングステン(W)からなり、例えば50〜300μmの厚みとされたものである。電極層3は、セラミック体1の表面のうちの抵抗体2が引き出された部位およびその近傍領域のみに設けられてもよく、後述するリード端子4を構成するコイル部41に対向するように全周にわたって設けられてもよい。なお、図1に示す例では、抵抗体2が引き出された部位が2箇所あって、それぞれの部位において電極層3が全周にわたって設けられている。なお、2箇所の抵抗体2が引き出された部位は長手方向に関して異なる位置にあることから、互いに電気的に導通されないように電極層3を設けることができる。さらに、電極層3は、表面に例えばNi−BまたはAuからなるメッキ層が設けられてなるものであってもよい。
On the surface of the ceramic body 1, an
セラミック体1の周囲には、電極層3を覆うように金属線が複数回巻かれてなるコイル部41を有するリード端子4が設けられている。リード端子4は、例えばNi、Fe、Ni系耐熱合金などからなり、例えば直径0.5〜2.0mmの太さとされた金属線からなるものである。図1に示す例では、リード端子4は2個設けられている。それぞれのリード端子4は、金属線が複数回巻かれてなるコイル部41を有していて、コイル部41は通常金属線が2〜6回巻かれた構成になっている。なお、電極層3とリード端子4のコイル部41とは、例えばAg、Cu、Auなどからなるろう材5を介して電気的に接続されている。
Around the ceramic body 1, there is provided a
そして、セラミック体1の長手方向に沿った断面でコイル部41を見たとき、ろう材5が電極層3からコイル部41を構成する金属線の中心よりも外側の面まで設けられている。言い換えると、セラミック体1の長手方向に沿った断面でコイル部41を見たとき、リード端子4のコイル部41とろう材5との境界が、コイル部41を構成する金属線の中心よりも外側の面まである。なお、図1(b)において、コイル部41構成する金属線の中心を結んだ線を一点鎖線Bで示しており、この一点鎖線Bよりも外側(電極層3側とは反対の側)までろう材5が設けられていることが示されている。
And when the
このような構成によれば、急速昇温による熱膨張などによってコイル部41とろう材5との間にクラックが生じ、このクラックがコイル部41とろう材5との境界にそって進展しようとしたときに、進展する方向が大きく傾くことから、その進展を抑制することができる。特に、複数ある金属線のうちの端にある金属線よりも外側(長手方向の外側)において、ろう材5が金属線の中心よりも外側の面まで大きく回り込むことで、内部で生じたクラックがコイル部41とろう材5との境界の端まで進展するのを抑制することができる。したがって、長期間にわたって抵抗値の上昇を抑制することができる。
According to such a configuration, a crack is generated between the
ここで、図2に示すように、セラミック体1の長手方向に沿った断面でコイル部41を見たとき、隣り合う金属線と金属線とが接する境界が複数あるとともにそれぞれの境界の外側の面にろう材5が設けられており、少なくとも一つの境界の外側の面に設けられたろう材5の厚みが他の境界の外側の面に設けられたろう材5の厚みよりも厚くなっているのがよい。図2においては、隣り合う金属線と金属線との境界が3個あって、境界42bの上にあるろう材5の厚みt1が、境界42aおよび境界42cの上にあるろう材5の厚みt2よりも厚くなっている。
Here, as shown in FIG. 2, when the
隣り合う金属線と金属線とが接する境界が複数あるとともに、それぞれの境界の外側の面にろう材5があることで、隣り合う金属線と金属線とが、これらが接する境界を挟んで内側と外側とで接合されることになり、ろう材5とコイル部41との境界においてクラックが生じるのを抑制することができる。さらに、少なくとも一つの境界の外側の面に設けられたろう材5の厚みが他の境界の外側の面に設けられたろう材5の厚みよりも厚くなっていることで、以下の効果を奏する。ろう材5の厚みの厚い部位(厚みt1の部位)は、厚みの薄い部位(厚みt2の部位)よりも接合強度が強く、ろう材5の剥がれを抑制する効果を奏する。一方、ろう材5の厚みの薄い部位(厚みt2の部位)は、厚みの厚い部位(厚みt1の部位)よりも変形しやすく、コイル部41のひねり方向に応力を分散させて長手方向の応力を低減させてクラックの進展を抑制する効果を奏する。
There are a plurality of borders between adjacent metal wires and the metal wires, and the
なお、ろう材5の厚みの薄い部位の厚みt2が例えば100〜500μmである場合に、厚い部位の厚みt1が厚みt2よりも例えば50〜300μm厚くなるように設定される。
In addition, when the thickness t2 of the thin part of the
また、図3に示すように、コイル部41を構成する隣り合う金属線間に隙間43を有し、金属線間に位置するろう材5がコイル部41を構成する金属線の中心よりも外側の面まで設けられていてもよい。この構成によれば、金属線が熱膨張したときの応力をろう材5が吸収して、よりクラックが生じるのを抑制することができる。なお、隙間43は例えば10μm〜100μmに設定される。
Also, as shown in FIG. 3, there is a
また、図4に示すように、セラミック体1の長手方向に沿った断面でコイル部41を見たとき、少なくとも一つの金属線間に位置するろう材5の厚みが他の金属線間に位置するろう材5の厚みよりも厚くなっていてもよい。図4においては、隣り合う金属線と金属線との間の隙間43が3個あって、隙間43bのある金属線間に位置するろう材5の厚みt3が、隙間43aのある金属線間および隙間43cのある金属線間に位置するろう材5の厚みt4よりも厚くなっている。
Moreover, as shown in FIG. 4, when the
この構成によっても、ろう材5の厚みの厚い部位は、厚みの薄い部位よりも接合強度が強く、ろう材5の剥がれを抑制する効果を奏することができる。一方、ろう材5の厚みの薄い部位は、厚みの厚い部位よりも変形しやすく、コイル部41のひねり方向に応力を分散させて長手方向の応力を低減させる効果を奏することができる。
Even with this configuration, the thick part of the
なお、ろう材5の厚みの薄い部位の厚みt4(電極層3からろう材5の表面までの距離)が例えば200〜1000μmである場合に、厚い部位の厚みt3(電極層3からろう材5の表面までの距離)が厚みt4よりも例えば100〜600μm厚くなるように設定される。
In addition, when the thickness t4 (distance from the
また、図5に示すように、ろう材5はコイル部41の外面全体を被覆しており、ろう材5の外表面がコイル部41を構成する金属線の外面形状に沿って凹凸を有する形状になっていてもよい。
Further, as shown in FIG. 5, the
急速にセラミックヒータを昇温させた時、コイル部41を構成する先端側の金属線から徐々に昇温して熱膨張が始まり、断面で見たときの隣り合う金属線と金属線との間でも熱膨張の差が生じて長手方向の応力が発生するが、ろう材5がコイル部41の外面全体を被覆していることで、ろう材5のほうがコイル部41よりも熱伝導性が高いことから、熱の一部がろう材5を伝わって当該ろう材5の表面から放散される。したがって、隣り合う金属線と金属線との間の熱膨張差によって生じる応力を低減させることができる。また、ろう材5の外表面が金属線の外面形状に沿って凹凸を有する形状になっていることで、凹部51は変形しやすいことから、コイル部41のひねり方向に応力を分散させて長手方向の応力を低減させてクラックの進展を抑制することができる。なお、図5に示す例におけるろう材5の厚みは、例えば100〜500μmに設定される。
When the temperature of the ceramic heater is rapidly raised, the temperature gradually rises from the metal wire on the tip side constituting the
本実施形態のセラミックヒータの製造方法について説明する。 A method for manufacturing the ceramic heater of the present embodiment will be described.
まず、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素等のセラミック粉末に、SiO2、CaO、MgO、ZrO2等の焼結助剤を含有させてセラミック体1の原料となるセラミック粉体を作製する。例えば、セラミック体1が窒化珪素質セラミックスからなる場合は、主成分の窒化珪素に対して、焼結助剤として3〜12質量%のY2O3,Yb2O3,Er2O3等の希土類元素酸化物、0.5〜3質量%のAl2O3、さらに焼結体に含まれるSiO2量として1.5〜5質量%となるようにSiO2を混合する。 First, a ceramic powder serving as a raw material of the ceramic body 1 is prepared by adding a sintering aid such as SiO 2 , CaO, MgO, ZrO 2 to ceramic powder such as alumina, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide. . For example, when the ceramic body 1 is made of silicon nitride ceramic, 3 to 12% by mass of Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Er 2 O 3, etc. as a sintering aid with respect to silicon nitride as the main component. Rare earth element oxide, 0.5 to 3% by mass of Al 2 O 3 , and further SiO 2 is mixed so that the amount of SiO 2 contained in the sintered body is 1.5 to 5% by mass.
次に、そのセラミック粉体をプレス成型にて成型体を作製するか、あるいは、セラミック粉体をセラミックスラリーに調製し、シート状に成形して、セラミックグリーンシートを作製する。ここで、得られた成型体またはセラミックグリーンシートは、半割状態のセラミック体1となるものである。 Next, the ceramic powder is press-molded to produce a molded body, or the ceramic powder is prepared into a ceramic slurry and molded into a sheet shape to produce a ceramic green sheet. Here, the obtained molded body or ceramic green sheet becomes the ceramic body 1 in a halved state.
次に、得られた成型体あるいはセラミックグリーンシートの一方の主面に、抵抗体2となる導電性ペーストのパターンをスクリーン印刷などにより形成する。ここで、導電性ペーストの材料としては、セラミック体1となる成型体との同時焼成が可能なW、Mo、Re等の高融点金属を主成分とし、これらの高融点金属に上記のセラミックス,バインダー,有機溶剤等を調合し混練することで作製したものを用いることができる。 Next, a conductive paste pattern to be the resistor 2 is formed on one main surface of the obtained molded body or ceramic green sheet by screen printing or the like. Here, as a material of the conductive paste, a refractory metal such as W, Mo, Re or the like that can be fired simultaneously with the molded body to be the ceramic body 1 is a main component. What was prepared by preparing and kneading a binder, an organic solvent, etc. can be used.
このとき、セラミックヒータの用途に応じて、導電性ペーストのパターンの長さ、線幅、折り返しパターンの距離・間隔などを変更することにより、抵抗体2の発熱位置や抵抗値を所望の値に設定する。 At this time, the heating position and resistance value of the resistor 2 are set to desired values by changing the length, line width, distance and interval of the folded pattern of the conductive paste according to the application of the ceramic heater. Set.
この導電性ペーストのパターンが形成された成型体に、導電性ペーストの印刷されていない同一材質の成型体を重ね合わせることで、内部に導電性ペーストによるパターンが形成された成型体が得られる。 By superimposing a molded body of the same material on which the conductive paste is not printed on the molded body on which the pattern of the conductive paste is formed, a molded body on which the pattern of the conductive paste is formed is obtained.
次に、得られた成形体を、例えば30MPa〜50MPaの圧力下で、1500〜1800℃で焼成することにより、抵抗体2の埋設されたセラミック体1を作製することができる。なお、焼成は不活性ガス雰囲気中、もしくは還元雰囲気中で行なうことが好ましい。また、圧力を加えた状態で焼成することが好ましい。 Next, the obtained green body is fired at 1500 to 1800 ° C., for example, under a pressure of 30 to 50 MPa, whereby the ceramic body 1 in which the resistor 2 is embedded can be manufactured. The firing is preferably performed in an inert gas atmosphere or a reducing atmosphere. Moreover, it is preferable to bake in the state which applied the pressure.
次に、得られた焼結体を棒状または板状の形状に加工し、電極層3をスクリーニング印刷にて形成した後、真空炉にて焼付けを行った後Ni−Bメッキを施す。さらに、例えば直径1.0mmのNiを主成分とする金属線を例えばフォーミングマシンを用いてコイル状に成形し、切断して形成したリード端子4を用意し、前記焼結体を所望の形状に加工したもの(抵抗体2が埋設され、表面に電極層3が設けられたセラミック体1)にリード端子4を嵌め込んで、カーボン治具などで位置決めをした後、例えば700℃〜900℃の
真空炉でろう付する。これにより、図1に示すようなろう材5が電極層3からコイル部41を構成する金属線の中心よりも外側の面まで設けられている構成となる。なお、ろう材5の量を増やすなど適宜調整することで、図2に示すような少なくとも一つの境界上に設けられたろう材5の厚みが他の境界上に設けられたろう材5の厚みよりも厚くなっている構成とすることができる。また、コイル部41部を形成する際に隣り合う金属線と金属線との間に隙間(例えば10μm〜90μm)を設けることで図3に示すような構成とすることができ、さらにろう材5の量を増やすなど適宜調整することで図4に示すような構成とすることができる。また、ろう材5の量を増やすとともに、真空炉の温度をより高く、例えば50℃程度上げてろう付けすることで、図5に示すような構成とすることができる。
Next, the obtained sintered body is processed into a rod-like or plate-like shape, and the
本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described.
まず、セラミック体の原料として、窒化珪素粉末を85質量%、焼結助剤としてYb2O3粉末を10質量%、MoSi2粉末を3.5質量%、酸化アルミニウム粉末を1.5質量%混合して、原料粉末を作製した。その後、この原料粉末を用いてプレス成型によりセラミック体となる半割の成型体を作製した。 First, as a raw material of the ceramic body, 85% by mass of silicon nitride powder, 10% by mass of Yb 2 O 3 powder as a sintering aid, 3.5% by mass of MoSi 2 powder, and 1.5% by mass of aluminum oxide powder The raw material powder was produced by mixing. Thereafter, a half-shaped molded body to be a ceramic body was produced by press molding using this raw material powder.
次に、抵抗体となる導電性ペーストとして、炭化タングステン(WC)粉末70質量%に窒化珪素粉末29.95質量%、添加剤として金属化合物Cr3C2を0.05質量%混合し、適当な有機溶剤、溶媒を添加して作製した。ここで、炭化タングステン(WC)粉末に混合した窒化珪素粉末には、助剤としてYb2O3粉末を0.1質量%混合した。 Next, as a conductive paste serving as a resistor, 70% by mass of tungsten carbide (WC) powder is mixed with 29.95% by mass of silicon nitride powder, and 0.05% by mass of metal compound Cr 3 C 2 as an additive. It was prepared by adding an organic solvent and a solvent. Here, the silicon nitride powder mixed with the tungsten carbide (WC) powder was mixed with 0.1% by mass of Yb 2 O 3 powder as an auxiliary agent.
次に、導電性ペーストをセラミック体となる半割の成型体の表面にスクリーン印刷法にて図1の形状に塗布した。 Next, the conductive paste was applied in the shape shown in FIG. 1 to the surface of the half-shaped molded body to be a ceramic body by a screen printing method.
次に、得られた成形体を円筒状の炭素製の型に入れた後、還元雰囲気中で、1700℃の温度、35MPaの圧力でホットプレス焼成を行ない、焼結した。 Next, after putting the obtained molded body into a cylindrical carbon mold, it was sintered by hot press firing at a temperature of 1700 ° C. and a pressure of 35 MPa in a reducing atmosphere.
次に、得られた焼結体を直径4mm、全長40mmの円柱状に研磨加工し、セラミック体の表面に導出された抵抗体の露出部およびその周囲にAg粉末質量80%、Cu粉末質量15%、Ti粉末5%適当な有機溶剤、溶媒を添加した電極層用ペーストをスクリーン印刷した後、真空炉を用いて900℃で3Hr焼き付けた。その後、NI−bメッキを2μm施して、電極層を形成した。
Next, the obtained sintered body was polished into a cylindrical shape having a diameter of 4 mm and a total length of 40 mm, and the exposed portion of the resistor led to the surface of the ceramic body and its surroundings were Ag powder mass 80%, Cu powder mass 15 %,
さらに、Niを主成分とする直径1.0mmの金属線をフォーミングマシンを使って内径φ4.5mmで4巻きになるようにコイル形状に成形した。なお、コイル状部の金属線間の隙間は5μm以下になるようにした。得られたリード端子をセラミック体の側面の適当な位置に嵌めて、Au粉末質量85%、Cu粉末質量15%からなるろう材を用いて、800℃の真空炉にてろう付して、本発明の実施例となる図2に示すような形態のセラミックヒータ(試料1)を作製した。一方、試料1と同じリード端子、同じろう材を用いて、常圧下800℃にてろう付けして、ろう材が電極層からコイル部を構成する金属線の中心よりも内側にとどまった構成の比較例となるセラミックヒータ(試料2)を作製した。 Further, a metal wire having a diameter of 1.0 mm, which is mainly composed of Ni, was formed into a coil shape by using a forming machine so as to be wound four times with an inner diameter of 4.5 mm. The gap between the metal wires of the coiled portion was set to 5 μm or less. The obtained lead terminal was fitted in an appropriate position on the side surface of the ceramic body, and brazed in a vacuum furnace at 800 ° C. using a brazing material consisting of 85% Au powder mass and 15% Cu powder mass. A ceramic heater (sample 1) having a form as shown in FIG. 2 as an example of the invention was produced. On the other hand, using the same lead terminal and the same brazing material as in sample 1, brazing was performed at 800 ° C. under normal pressure, and the brazing material remained inside the center of the metal wire constituting the coil portion from the electrode layer. A ceramic heater (sample 2) as a comparative example was produced.
準備した各試料のヒータに、電圧を印加して1500℃にし、断続通電した。具体的には、1500℃±25℃での通電を1分間継続し、1分間通電を止めてエアー冷却を行う。これを1サイクルとし、10、000サイクル断続通電した。 A voltage was applied to each prepared heater of the sample to 1500 ° C., and intermittent energization was performed. Specifically, energization at 1500 ° C. ± 25 ° C. is continued for 1 minute, and energization is stopped for 1 minute to perform air cooling. This was defined as 1 cycle, and intermittent energization was performed for 10,000 cycles.
そして、初期抵抗値と10,000サイクル後の抵抗値を測定して抵抗変化率の比較を
行った。なお、抵抗変化については、25℃の恒温槽にセラミックヒータの先端を浸し、25℃で安定させた後、初期抵抗値と試験後で抵抗値を測定し、その間の抵抗変化率を評価した。
Then, the resistance change rate was compared by measuring the initial resistance value and the resistance value after 10,000 cycles. As for the resistance change, the tip of the ceramic heater was immersed in a constant temperature bath at 25 ° C. and stabilized at 25 ° C., then the initial resistance value and the resistance value after the test were measured, and the resistance change rate during that time was evaluated.
また、10,000サイクル終了後、コイル部とろう材とを含む長手方向の断面に切断し、コイル部とろう材との間の境界付近をSEM1000倍にて観察した。 Further, after the end of 10,000 cycles, it was cut into a cross section in the longitudinal direction including the coil portion and the brazing material, and the vicinity of the boundary between the coil portion and the brazing material was observed at SEM 1000 times.
その結果、比較例となる試料2のセラミックヒータは、ろう材にクラックが複数本発生しているのが確認され、10,000サイクル終了後の抵抗変化率が15%であった。 As a result, the ceramic heater of Sample 2 as a comparative example was confirmed to have a plurality of cracks in the brazing material, and the resistance change rate after the end of 10,000 cycles was 15%.
これに対し、本発明実施例となる試料1のセラミックヒータは、10,000サイクル終了後の抵抗変化率が0.03%に抑えられ、SEM観察にてクラックが発生していないことが確認された。 On the other hand, in the ceramic heater of Sample 1 which is an embodiment of the present invention, the rate of change in resistance after 10,000 cycles was suppressed to 0.03%, and it was confirmed by SEM observation that no crack was generated. It was.
1:セラミック体
2:抵抗体
3:電極層
4:リード端子
41:コイル部
42a、42b、42c:境界
43、43a、43b、43c:隙間
5:ろう材
51:凹部
1: Ceramic body 2: Resistor 3: Electrode layer 4: Lead terminal 41:
Claims (5)
前記セラミック体の長手方向に沿った断面で前記コイル部を見たとき、前記ろう材が前記電極層から前記コイル部を構成する金属線の中心よりも外側の面まで設けられていることを特徴とするセラミックヒータ。 A rod-shaped ceramic body; a resistor embedded in the ceramic body; an electrode layer provided on a surface of the ceramic body and electrically connected to the resistor; and the electrode around the ceramic body A lead terminal having a coil portion in which a metal wire is wound a plurality of times so as to cover the layer, and a brazing material for joining the electrode layer and the coil portion of the lead terminal,
When the coil portion is viewed in a cross section along the longitudinal direction of the ceramic body, the brazing material is provided from the electrode layer to a surface outside the center of the metal wire constituting the coil portion. Ceramic heater.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016011598A JP6791636B2 (en) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | Ceramic heater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016011598A JP6791636B2 (en) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | Ceramic heater |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017134912A true JP2017134912A (en) | 2017-08-03 |
JP6791636B2 JP6791636B2 (en) | 2020-11-25 |
Family
ID=59502854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016011598A Active JP6791636B2 (en) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | Ceramic heater |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6791636B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023002861A1 (en) * | 2021-07-20 | 2023-01-26 | 京セラ株式会社 | Heating device |
JP7433200B2 (en) | 2020-12-01 | 2024-02-19 | 京セラ株式会社 | heater |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6380456U (en) * | 1986-11-10 | 1988-05-27 | ||
JPH06204038A (en) * | 1992-12-28 | 1994-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | Air-core coil and surface mount type winding coil |
WO2002052588A1 (en) * | 2000-12-25 | 2002-07-04 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device, and method and apparatus for manufacturing semiconductor device |
WO2009057595A1 (en) * | 2007-10-29 | 2009-05-07 | Kyocera Corporation | Ceramic heater, and oxygen sensor and hair iron employing the ceramic heater |
-
2016
- 2016-01-25 JP JP2016011598A patent/JP6791636B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6380456U (en) * | 1986-11-10 | 1988-05-27 | ||
JPH06204038A (en) * | 1992-12-28 | 1994-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | Air-core coil and surface mount type winding coil |
WO2002052588A1 (en) * | 2000-12-25 | 2002-07-04 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device, and method and apparatus for manufacturing semiconductor device |
WO2009057595A1 (en) * | 2007-10-29 | 2009-05-07 | Kyocera Corporation | Ceramic heater, and oxygen sensor and hair iron employing the ceramic heater |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7433200B2 (en) | 2020-12-01 | 2024-02-19 | 京セラ株式会社 | heater |
WO2023002861A1 (en) * | 2021-07-20 | 2023-01-26 | 京セラ株式会社 | Heating device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6791636B2 (en) | 2020-11-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5989896B2 (en) | Ceramic heater | |
JP6216103B1 (en) | heater | |
JP5645529B2 (en) | Ceramic heater and glow plug equipped with the same | |
JP6247375B2 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JP5409806B2 (en) | Ceramic heater | |
JPWO2012057213A1 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JP5665971B2 (en) | heater | |
JP6791636B2 (en) | Ceramic heater | |
JP5876566B2 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JP2004259610A (en) | Ceramic heater, manufacturing method thereof, and glow plug | |
JP6803396B2 (en) | heater | |
JP5864301B2 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JP6224797B2 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JP5944815B2 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JP5829443B2 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JP6014232B2 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JP5751968B2 (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JPH07151332A (en) | Ceramic glow plug | |
JP2015125947A (en) | Heater and glow plug equipped with the same | |
JPH06201128A (en) | Heat generating body for ignition | |
JPH07139737A (en) | Ceramic heater | |
JP2002206740A (en) | Glow plug |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180921 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190903 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190830 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191016 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200324 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200522 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201006 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201105 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6791636 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |